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現(xiàn)場總線在轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)應(yīng)用

時間:2010-04-29 14:09:04來源:ronggang

導(dǎo)語:?儀控系統(tǒng)在馬鋼公司內(nèi)率先采用了在冶金行業(yè)還較少使用的Profibus-PA總線技術(shù)。

  馬鋼第三煉鋼廠4#轉(zhuǎn)爐工程采用了當(dāng)今世界上先進(jìn)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng),即西門子公司的PCS7控制系統(tǒng)。其中儀控系統(tǒng)在馬鋼公司內(nèi)率先采用了在冶金行業(yè)還較少使用的Profibus-PA總線技術(shù),徹底改變了傳統(tǒng)的測控模式,使整個儀控系統(tǒng)的技術(shù)檔次躋身于國際先進(jìn)水平。

  在其二級控制系統(tǒng)采用了西門子PCS7系列PLC,下掛Profibus-DP網(wǎng),并通過DP/PA Link(鏈接器)將總線儀控設(shè)備接入工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò),真正實現(xiàn)了"集中管理,分散控制"的目的。同時全數(shù)字化通信模式的抗干擾能力強(qiáng)、測量控制精確度高,借助數(shù)字雙向傳輸?shù)奶攸c和先進(jìn)的設(shè)備管理軟件,可實現(xiàn)參數(shù)遠(yuǎn)程給定,采集豐富的儀表信息,有利設(shè)備故障診斷,改善管理狀況。過程控制級由二級計算機(jī)構(gòu)成,通過工業(yè)以太網(wǎng)與基礎(chǔ)級PLC相連,并依靠控制模型和數(shù)據(jù)庫對一級控制系統(tǒng)實施指導(dǎo)、管理和跟蹤。該系統(tǒng)將儀控、電控合為一體,它是具有工廠集成化概念的開放型的工業(yè)控制系統(tǒng)。

  一 系統(tǒng)組成

  基礎(chǔ)級采用一套PCS7 PLC作為鑄機(jī)的控制器,其CPU類型是AS416-2DP,并帶有通信功能,可與擴(kuò)展單元的IM-153、IM-157通信卡以及變頻器通過Profibus-DP控制網(wǎng)相聯(lián),其中擴(kuò)展單元采用ET-200M和鏈接器作為子站。控制軟件為STEP 7,并集成西門子過程設(shè)備管理軟件PDM??刂萍壊捎梦鏖T子工控機(jī)作為監(jiān)控站,與PLC通過快速工業(yè)以太網(wǎng)(基于TCP/IP協(xié)議)連接,系統(tǒng)運行西門子公司基于Windows 2000的PCS7全集成軟件。

  1. 硬件構(gòu)成

  圖1僅給出了系統(tǒng)與儀表相關(guān)的配置。

  其中PC1為上位機(jī)監(jiān)控站,ET200為電控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程站。鏈接器為PCS7的從站之一,同時又是現(xiàn)場總線儀控設(shè)備的PA主站,由網(wǎng)絡(luò)部件耦合器(Coupler)實現(xiàn)所有Profibus-PA總線現(xiàn)場儀表與DP總線的鏈接,在傳輸更多檢測、控制信息的同時亦可獲取總線設(shè)備自診斷信息。整個控制系統(tǒng)中,儀控系統(tǒng)除了和電控公用的操作站以及相應(yīng)的一次檢測元件外,僅有一個現(xiàn)場控制箱。

  2. 軟件配置

  操作站軟件為PCS7軟件,網(wǎng)絡(luò)平臺為Windows 2000,PCS7自帶數(shù)據(jù)庫,并提供監(jiān)控畫面和PLC組態(tài)工具。PCS7內(nèi)含組態(tài)軟件為STEP7及西門子過程設(shè)備管理軟件PDM。

  操作站主要是在用戶和所有系統(tǒng)功能之間提供一個人機(jī)界面,各類人員可通過操作站訪問各自權(quán)限范圍內(nèi)的系統(tǒng)資源。例如:通過操作員可以調(diào)出過程顯示畫面,觀察到過程回路的參數(shù)、狀態(tài)、趨勢和報警情況,實現(xiàn)對過程回路的操作和參數(shù)的調(diào)整。過程工程師可以組態(tài)過程和顯示畫面和過程控制數(shù)據(jù)庫,進(jìn)行其他各種組態(tài)工作。軟件工程師可以進(jìn)入軟件開發(fā)環(huán)境,編寫、調(diào)試和執(zhí)行用戶的應(yīng)用程序。

  系統(tǒng)維護(hù)人員可觀察到系統(tǒng)各個設(shè)備的工作狀況,并對這些設(shè)備進(jìn)行診斷操作。

  二 系統(tǒng)功能

  4#轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)工程所有設(shè)備的電氣傳動和儀表控制全部采用集中控制、集中監(jiān)視的方式,實現(xiàn)以PLC為中心的基礎(chǔ)自動化控制。

  1. 生產(chǎn)流程分布

  (1)主原料系統(tǒng)

  鐵水倒罐站;廢鋼供應(yīng)。

  (2)副原料系統(tǒng)

  熔劑上料(1#皮帶機(jī)~5#皮帶機(jī));熔劑加料(4#轉(zhuǎn)爐本體)。

  (3)鐵合金系統(tǒng)

  轉(zhuǎn)爐鐵合金供應(yīng)、加料。

  (4)4#轉(zhuǎn)爐及輔助設(shè)施

  轉(zhuǎn)爐本體;底吹系統(tǒng);頂吹氧氣和濺渣護(hù)爐;轉(zhuǎn)爐和氧槍冷卻水;活動煙罩與爐口煙道之間的水封;活動煙罩、氧槍口、加料口的冷卻水;氮封系統(tǒng);爐下車輛。

  (5)4#吹氬站

  合金加料;頂吹氧氣、氬氣;底吹氬氣。

  2. 頂吹信號顯示與自動調(diào)控

  a. 信號顯示與調(diào)控

  氧氣總管調(diào)壓閥閥前(氣源)壓力指示、記錄;氧氣緊急切斷閥開/關(guān)狀態(tài)指示與聯(lián)鎖;氧氣總管調(diào)壓閥閥后壓力指示、記錄、調(diào)節(jié);氧氣總管壓力調(diào)節(jié)閥閥位顯示;氧氣支管流量指示、記錄、調(diào)節(jié)、補(bǔ)正計算;氧氣支管流量調(diào)節(jié)閥閥位顯示;氧氣支管切斷閥閥后(吹氧管入口)壓力指示、記錄;氧氣支管切斷閥閥位顯示;累計一爐鋼水用氧量:4000Nm3/爐;累計一爐吹氧時間。

  b. 報警及聯(lián)鎖

  氧氣氣源壓力低限值報警;氧氣氣源壓力低-低值(LL)報警及聯(lián)鎖控制(與氧槍升降裝置聯(lián)鎖);氧氣支管入口壓力低限報警;氧氣支管入口壓力低-低值報警及聯(lián)鎖(與氧槍升降裝置聯(lián)鎖);氧氣支管流量低限報警;氧氣支管流量低-低值報警及聯(lián)鎖;快速提槍并關(guān)閉支管切斷閥。

  3. 底吹信號顯示與自動調(diào)控

  底吹信號顯示、自動調(diào)控、報警及聯(lián)鎖,與頂吹基本相同。

  4. 過程現(xiàn)場總線配置

  儀控系統(tǒng)全部通過Profibus-PA現(xiàn)場總線方式完成檢測與控制。

  雖然耦合器可直接掛在DP網(wǎng)上,但要占用一個DP地址,且無法擴(kuò)充,而每個鏈接器可擴(kuò)充5個耦合器,并且在非防爆區(qū)每個最多可掛接30臺非防爆現(xiàn)場總線儀表,所以在平衡經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)可擴(kuò)充性的前提下,采用了一個鏈接器配幾個耦合器的硬件配置模式。整個系統(tǒng)采用了Profibus-PA總線線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),在這種模式下,PA總線上的智能總線儀表的地址編號將不受DP地址編號的限制,可以在相應(yīng)的耦合器下任意編址,有利于總線設(shè)備的擴(kuò)充和維護(hù)。

  三 系統(tǒng)特點

  由于采用了Profibus-PA現(xiàn)場總線技術(shù),所以全部檢測與控制儀表均采用了全數(shù)字化通信的智能儀表,從而極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

  (1)可靠性高

  在整個轉(zhuǎn)爐上下平臺之間,網(wǎng)絡(luò)線取代了所有常規(guī)控制儀表使用的控制電纜,而且所有測控元件均以并聯(lián)方式掛接在一根網(wǎng)絡(luò)線上,并以數(shù)字通信方式與上位計算機(jī)交換檢測與控制數(shù)據(jù),同時測控元件內(nèi)部的故障自診斷功能,可將設(shè)備隱患信息在發(fā)生故障前預(yù)報給上位機(jī),提醒工程人員及時進(jìn)行排除,確保生產(chǎn)安全順暢。

  (2)精確度高

  由于采用數(shù)字通信方式,所以實際的采樣精確度和控制精確度均非模擬信 號可比,技術(shù)水平完全進(jìn)入了另一個全新領(lǐng)域,為生產(chǎn)工程師提供了準(zhǔn)確的生產(chǎn)參數(shù),有利于優(yōu)化產(chǎn)品,控制生產(chǎn)成本和節(jié)能、降耗。

  (3)系統(tǒng)擴(kuò)展靈活

  PA通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點就是測控元件,所以任意節(jié)點的增加或刪除都不會影響網(wǎng)絡(luò)的整體性能。通過在DP網(wǎng)線上增減若干鏈接器,就可增加或刪除若干組PA網(wǎng)絡(luò),每組PA可擴(kuò)展30個測控元件,便于系統(tǒng)擴(kuò)容和工藝流程的優(yōu)化。PA網(wǎng)絡(luò)可分布在工廠的任何位置,這樣,與分散在各地的各種設(shè)備連接更為簡單。

  (4)降低工程造價和工程量

  在轉(zhuǎn)爐上下平臺之間測點分散且各自相對集中,若采用常規(guī)計算機(jī)控制方案,不但布線復(fù)雜、橋架林立,而且故障排除時間長,不利于自動控制過程的快速恢復(fù)。采用Profibus-PA現(xiàn)場總線技術(shù),將極大地節(jié)省電纜、橋架的材料費和基建安裝量,同時也取消了控制站上輸入/輸出組件,節(jié)省了機(jī)柜,減小了控制室的面積。

  四 結(jié)束語

  馬鋼第三煉鋼廠4#轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)在實現(xiàn)"三電一體化"的基礎(chǔ)上,成功地將Profibus總線技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)全過程,提高了系統(tǒng)的控制水平和可靠性,同時降低了運行成本。與常規(guī)系統(tǒng)相比,僅儀控系統(tǒng)就比原概算節(jié)省30%的投資。另外,內(nèi)嵌的過程設(shè)備管理軟件PDM,減少了所需其他軟件的種類,也降低了相關(guān)軟件費用。尤為重要的是,由于現(xiàn)場總線儀表具有自診斷功能,因此,可以預(yù)先診斷和維護(hù)在線設(shè)備,提前排除故障、減少停機(jī)時間,提高了生產(chǎn)的安全性,同時大大降低了系統(tǒng)運行、維護(hù)費用,為整個高效連鑄機(jī)的安全順產(chǎn)提供了重要的技術(shù)保障。

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